Der Aufbau eines erfolgreichen Linearantriebssystems beginnt mit der Wahl des passenden Antriebs. Es gibt Hunderte von Optionen in verschiedenen Größen, Technologien und Qualitäten. Die Kunst besteht darin, den Antrieb zu finden, der die besten Ergebnisse liefert. Glücklicherweise ist das nicht so schwierig, wie es klingt. Die Anforderungen der Anwendung reduzieren die Anzahl der möglichen Antriebslösungen, und die Projektbeschränkungen bestimmen die beste Lösung.

Der Prozess beginnt mit der Berücksichtigung der hier aufgeführten Schlüsselfaktoren.

Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit ist ein wichtiger Faktor bei der Auswahl eines Stellantriebs. Obwohl Stellantriebe mit Schraubspindel effektive und kostengünstige Komponenten sind, kommt es bei sehr hohen Drehzahlen zu einem sogenannten Schraubenschlag, bei dem sich die Spindel beim Drehen nach außen wölbt. Dieser Schlag verursacht Vibrationen und vorzeitigen Verschleiß.

Die Schwelle für das Schraubenpeitschen, die sogenannte kritische Drehzahl, hängt von den Abmessungen und dem Material der Schraube ab. Die kritische Drehzahl lässt sich analytisch mit bekannten Gleichungen berechnen. Ist die Drehzahl für den Einsatz eines Spindelantriebs zu hoch, sollte ein Linearmotor oder ein Riemenantrieb in Betracht gezogen werden.

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Es ist wichtig, dass der Aktuator die richtige Größe für die Last hat. Bei der Dimensionierung der Tragfähigkeit sind mehrere Faktoren zu berücksichtigen: die radiale Tragfähigkeit der Führungslager, die Momententragfähigkeit des Stützschlittens und die axiale Tragfähigkeit der Stützlager und des Kugelgewindetriebs. Es ist wichtig, einen Aktuator zu wählen, der für die Belastungen der Anwendung ausgelegt ist.

Ein weit verbreiteter Irrtum ist, dass nur die Tragfähigkeit zählt. Die Tragfähigkeit ermöglicht es jedoch, die Lebensdauer eines Aktuators unter einer bestimmten Belastung zu berechnen. Allerdings müssen auch andere Faktoren berücksichtigt werden, wie beispielsweise die Steifigkeit des Aktuators in verschiedenen Belastungsrichtungen. Das Konstruktionsteam kann Last-Durchbiegungs-Berechnungen durchführen, um festzustellen, ob der Aktuator in der Anwendung erfolgreich funktioniert.

Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist die Positionierung der Last. Eine Masse, die auf einem Schlitten ruht, der entlang der Achse des Aktuators läuft, erzeugt ganz andere Kräfte als eine überhängende Last, die ein Kippmoment erzeugt. Stellen Sie sicher, dass der Aktuator die richtige Größe hat und optimal abgestützt ist.

Vertikale Anwendungen erfordern besondere Sorgfalt, um die Position der Last zu erhalten. Bei bestimmten Konstruktionsparametern sind Leitspindeln selbsthemmend. Das bedeutet, dass sie selbst bei einem Motorausfall nicht zurückdrehen können. Um die Selbsthemmung einer Spindel sicherzustellen, muss ihr Wirkungsgrad unter 50 % liegen. Dieser Wirkungsgrad ist abhängig vom Steigungswinkel und dem Reibungskoeffizienten zwischen Mutter und Spindel. Alternativ können auch Zahnstangenantriebe eingesetzt werden.

Riemen haben sich in den letzten Jahren deutlich verbessert. Sie sind robust und technisch ausgereift, sodass sie nicht mehr wie früher regelmäßig gespannt werden müssen. Riemenantriebe sind eine gute Wahl, wenn die Geschwindigkeits- und Hubanforderungen die Leistung eines Kugel- oder Leitspindelantriebs übersteigen. Besondere Vorsicht ist geboten, wenn ein Riemenantrieb in vertikalen Anwendungen eingesetzt wird. Es wird empfohlen, gegebenenfalls ein Gegengewicht oder eine Bremse zu verwenden, um die Last aus Sicherheitsgründen zu verlangsamen, anzuhalten und zu stützen.

Hublänge

Der nächste zu berücksichtigende Faktor ist die Hublänge. Spindelantriebe sind effektiv und können in manchen Fällen für Hübe bis zu 1,5 m oder mehr eingesetzt werden. Bei Spindelantrieben mit sehr langen Hüben ist darauf zu achten, dass die kritische Drehzahl nicht überschritten wird. Für lange Hübe sind Riemenantriebe die bessere Wahl. Moderne Riemen bestehen aus hochentwickelten Materialien und benötigen wenig Wartung. Sie können über Distanzen von bis zu 15 m eingesetzt werden.

Eine weitere Option für lange Hübe ist ein Linearmotor. Linearmotoren sind im Wesentlichen abgerollte Servomotoren und bestehen aus einer Kraft, die entlang einer festen Magnetbahn verläuft. Theoretisch kann die Bahn beliebig lang sein. In der Praxis sind Linearmotoren jedoch sowohl durch die Anforderung einer ebenen, sorgfältig ausgerichteten Magnetbahn als auch durch die Kosten der Magnete eingeschränkt. Auch die Führung der Motorkabel über sehr lange Verfahrwege kann eine Herausforderung darstellen.

Wiederholbarkeit

Jede Anwendung stellt hohe Anforderungen an die Wiederholgenauigkeit. Die Wahl des richtigen Antriebs sorgt für ein System, das diese Anforderungen nicht nur erfüllt, sondern auch dazu beiträgt, die Projektziele hinsichtlich Budget und Montagezeit einzuhalten. Spindelantriebe bieten eine Wiederholgenauigkeit von ±0,0001 bis ±0,003 Zoll. Im Vergleich dazu beträgt sie bei einem Riemenantrieb ±0,002 bis ±0,010 Zoll.

Die optimale Wahl hängt von den Anforderungen der Anwendung ab. Riemenantriebe sind zwar nicht so leistungsstark wie Spindelantriebe, können aber bei Anwendungen mit geringeren Toleranzen erhebliche Einsparungen bieten. Für anspruchsvollere Anwendungen bieten Linearmotorantriebe eine Wiederholgenauigkeit im Submikrometerbereich.

Arbeitszyklus

Der Arbeitszyklus hat großen Einfluss auf die Lebensdauer der Anlage. Es ist wichtig, einen Linearantrieb zu wählen, der die Anforderungen der Anwendung erfüllt. Leitspindeln beispielsweise basieren auf Gleitkontakt – typischerweise aus Edelstahl und Kunststoff (je nach Anwendung gibt es viele Möglichkeiten). Dies führt zu erheblichem Verschleiß über die Lebensdauer des Geräts. Daher sollten Leitspindeln bei Anwendungen mit hoher Belastung und hohem Arbeitszyklus vermieden werden.

Wählen Sie stattdessen einen Kugelumlaufspindelantrieb. Diese Geräte haben Rollreibung, nicht Gleitreibung, sodass sie länger halten und die Lebensdauer vorhersehbarer ist.Kugeln können jedoch beschädigt werden, insbesondere bei hoher Belastung. Für Anwendungen, die keinen Ausfall tolerieren, empfiehlt sich ein Planetenrollengewindetrieb. Diese Geräte verteilen das Gewicht, um den Verschleiß zu minimieren, und eignen sich daher unter anderem gut für Militär- und Luftfahrtanwendungen. Für kostengünstige Anwendungen kann auch ein Riemenantrieb geeignet sein.

Umfeld

Auch die Betriebsumgebung einer Anwendung beeinflusst die Wahl des Antriebs. Vermeiden Sie in Reinraumumgebungen Spindelantriebe. Der Kontakt zwischen Metall und Kunststoff erzeugt Partikel, die die Reinraumtauglichkeit beeinträchtigen.

Umgekehrt können extrem schmutzige Umgebungen die Aktuatoren beschädigen. Bei stangenförmigen Aktuatoren ist die Spindel im Gehäuse abgedichtet. Daher sind stangenförmige Aktuatoren in Umgebungen mit Verunreinigungen und Flüssigkeiten relativ sicher. Bei stangenlosen Aktuatoren ruht die Last auf einem Schlitten, der mit der Spindel verbunden sein muss, wodurch der Aktuator Verschmutzungen ausgesetzt sein kann..

Daher benötigen kolbenstangenlose Antriebe besondere Vorkehrungen, unabhängig davon, ob es sich bei der Basistechnologie um einen Schraubspindelantrieb oder einen Linearmotor handelt. Achten Sie auf Komponenten mit IP-Schutzart. Um das Eindringen von Partikeln zu verhindern, empfiehlt sich eine Montage mit Schlitz nach unten. Beachten Sie, dass Schmiermittel Partikel einfangen und festhalten können, die mit der Zeit Oberflächen beschädigen.

Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor ist der verfügbare Platz. Der beste Aktuator nützt nichts, wenn er nicht in den vorhandenen Bauraum passt. Spezifizieren Sie Aktuatoren frühzeitig in der Entwurfsphase, um sicherzustellen, dass ausreichend Platz vorhanden ist. Arbeiten Sie eng mit Ihrem Lieferanten zusammen, um alle Faktoren zu nutzen, die die gewünschten Eigenschaften in einem kompakten Formfaktor ermöglichen.

Budget

Es ist immer wichtig, die Preisziele im Auge zu behalten. Linearmotoren sind am teuersten, gefolgt von Spindelantrieben (Planetenspindel, Kugelumlaufspindel und Leitspindel). Riemenantriebe sind am günstigsten.

Engineering erfordert immer Kompromisse. Die obige Liste ist ein erster Anhaltspunkt für die Auswahl eines Aktuators. Für jede Anwendung können besondere Einschränkungen bedeuten, dass beispielsweise das Budget wichtiger ist als die Leistung oder dass der Arbeitszyklus wichtiger ist als die Geschwindigkeit. Beginnen Sie so früh wie möglich in der Entwurfsphase mit der Spezifizierung eines Aktuators. Versuchen Sie, mit Standardkomponenten zu arbeiten. Sollte keine dieser Komponenten Ihren Anforderungen entsprechen, sprechen Sie mit Ihrem Lieferanten über die Entwicklung eines maßgeschneiderten Produkts, das die Anforderungen erfüllt.